JPH10106725A - 面状発熱体及び電気カーペット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容易に温度変化可能な、ＰＴＣ特性の自己温
度制御発熱体を持つ面状発熱体を得る。 【解決手段】 絶縁シート１の両面にＰＴＣ特性のキュ
ーリー点（Ｔ₁ 、Ｔ₂ ）が異なる自己温度制御発熱体２
（２Ａ、２Ｂ）を配置し、該自己温度制御発熱体への通
電状態を切り換えることにより、２段階以上の温度制御
を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用あるいは業
務用の発熱体として好適に用いることのできる面状発熱
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、家庭用の電気暖房機器の加熱ヒー
タとしては、主に、ニクロム線ヒーターやシーズヒータ
ーが用いられ、また電気カーペットや暖房用パネル用に
は０．１４ｍｍφ程度の銅線が用いられている。このよ
うな発熱線を例えば電気カーペットのヒーターとして用
いる場合には、比較的広い面積を一様に加熱する必要が
あることから、図１３のように布基材１０の間に適宜の
間隔で発熱線１１を配設した後、別途熱伝導性の良いア
ルミニューム板などの均熱板１２を使用することが行わ
れる。均熱板１２の使用により、加熱面積を広げること
はできるが、この方式は、エネルギー効率が低い、立ち
上がり温度の昇温スピードが遅い、均熱性が必ずしも十
分でないなどの不都合がある。また、例えば暖房用電気
カーペットの場合には、カーペット繊維の中に発熱線を
一定間隔に配設して加熱する方式のため、発熱線の凹凸
による不快感や、均熱性が十分でないなどの不都合が有
る。

【０００３】さらに、従来の電気毛布やパネル（デス
ク）ヒーター、電気カーペットなどの電気暖房器の加熱
方法として、例えば、実公平１−１６１７１号公報など
に開示されているように、プラスチックサーミスタを使
用した感温層を介して発熱用抵抗線と温度検知線とを配
した発熱−温度検知線を用い、制御温度範囲では感温層
のインピーダンスに対応した信号電流によって温度制御
スイッチをオンオフして電気暖房器温度を制御するもの
が知らている。また、感温層を介して電源線と温度検知
線とを配した温度制御専用の温度検知線を用い、温度制
御に使用する温度検知を、ヒーター線から切り離すこと
によって、感温層に直流電圧が印加されることを防止し
てポリ塩化ビニールの使用を可能にし、湿度変化に影響
されない温度制御装置も知られている。

【０００４】上記のような暖房用電気カーペットや電気
毛布の場合、プラスチックサーミスタを使用した感温層
を介して発熱用抵抗線と温度検知線とを配した発熱−温
度検知線を繊維の中に一定間隔に配設し加熱する方式の
ため、温度制御特性は良好となるが、均熱性および線体
による凹凸による不快感を完全に回避することはできな
い。また、温度制御は感温層サーミスタのインピーダン
スに対応した信号電流によって温度制御回路のスイッチ
機能をオンオフさせる温度制御回路を必要としている。

【０００５】近年にいたり、均熱性の向上と暖房機器に
おける加熱面の均平度の確保、及び、温度制御の容易さ
を一度に改善した面状発熱体として、いわゆるＰＴＣ特
性を持つ自己温度制御型発熱体を用いた暖房機器が開発
されている（例えば、特開平１−２１３９７８号公報な
ど参照）。すなわち、電気抵抗の温度係数が正である結
晶性高分子化合物に対して導電性粒子（例えばカーボン
ブラックあるいは金属粒子など）を分散せしめてなる発
熱層（ＰＴＣ発熱層）を絶縁シート上に広く面状に配置
したものであり、ＰＴＣ発熱層そのものが面であること
から、均熱性が高く、平坦面であり、かつ、特別の温度
制御回路を用いることなくキューリー点に依存する自己
温度制御が容易に達成される。

【０００６】一方、スチーム発生器やヘアードライヤー
など、流体負荷（水、風など）が変動する電気機器にお
いて、流体負荷が小さくなったときに、ヒーター発熱量
を自動的に低減して省エネルギーおよびケーシングなど
の過昇温防止を図る目的で、流体が接触通過する加熱板
の両側にキューリー点の異なる２枚のＰＴＣ素子を絶縁
板を介して貼付けたヒーターを用いたものが知られてい
る（特開昭６１−１５１９８７号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記のＰＴＣ特性を持
つ自己温度制御型発熱体は、それを暖房機器等の面状発
熱体として用いる場合には、均熱性、均平性、温度制御
の容易性などにおいて多くの利点をもたらすが、その制
御温度はキューリー点に依存しており電圧変動に直接的
には依存しないことから、環境に応じて使用温度を変え
ることは必ずしも容易でない。

【０００８】本発明の目的は、ＰＴＣ特性を持つ自己温
度制御型発熱体を熱源として用いる面状発熱体におい
て、その使用時の温度を簡単な動作で多段階に変えるこ
とを可能とした面状発熱体を得ることにある。また、そ
のような面状発熱体を発熱源として持つ電気カーペット
を得ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明による面状発熱体は、基本的に、絶縁シート
と、その両面に配置したＰＴＣ特性のキューリー点が異
なる自己温度制御発熱体と、該自己温度制御発熱体への
通電状態を切り換える手段とを設け、それにより、２段
階以上の温度制御を行うことを可能としたことを特徴と
する。

【００１０】すなわち、本発明は、前記のように、スチ
ーム発生器やヘアードライヤーなどの流体負荷（水、風
など）が変動する電気機器において、流体が接触通過す
る熱板の両側にキューリー点の異なる２枚のＰＴＣ素子
を貼付け、それにより、ヒーター発熱量を自動的に低減
して省エネルギーおよびケーシングなどの過昇温防止を
図るようにした技術手段を、従来の電気カーペットのよ
うにＰＴＣ特性を持つ自己温度制御発熱体を発熱源とし
て持つ電気機器の温度制御に応用しようとするものであ
り、絶縁シートの両面に配置したＰＴＣ特性のキューリ
ー点が異なる自己温度制御発熱体に対して、例えば表裏
のスイッチ切り替えなど、通電状態を切り換えるという
単純な主動作でもって、１枚の面状発熱体で２段階の温
度を容易に得ることが可能となる（請求項１の面状発熱
体）。

【００１１】さらに、ＰＴＣ特性を持つ自己温度制御型
発熱体の利用により、大きな突入電流によって面状発熱
体を素早く昇温させることが可能となり、また、印刷形
成などにより薄く面状及びパターン状に絶縁シート面に
配置可能であることから、線ヒーターの場合のような凸
凹による不快感はなく、かつ、発熱面積を広くとること
が容易に可能となる。さらに、皮膜状の発熱体が自己温
度制御型発熱体のため一定温度に保持することができ温
度の均熱性が図れる利点がある。

【００１２】本発明の好ましい態様において、面状発熱
体は、前記両面に配置した自己温度制御発熱体の少なく
とも一方は２つ以上に分割されており、かつ、該分割さ
れた個々の自己温度制御発熱体への通電状態を切り換え
る手段をさらに有する。前記分割された個々の自己温度
制御発熱体は、すべてがキューリー点の同じ自己温度制
御発熱体であってもよく、キューリー点が異なる自己温
度制御発熱体を含むものであってもよい（請求項２〜４
の面発熱体）。

【００１３】絶縁シートの片面および／または両面に２
分割以上の各々独立分割からなる自己温度制御発熱体が
配置されることにより、面状発熱体の表と裏及び個別の
面切り替えによって、必要に応じた面積及び２種類以上
の温度を容易に得ることができ、使用環境により適応し
た温度制御を容易に達成することができる。本発明の面
状発熱体のさらに他の態様は、上記した面状発熱体を絶
縁シートを介して複数層積層したこと、その最上面と最
下面に絶縁シートをさらに配置したことを特徴とする
（請求項５、請求項６の面状発熱体）。この場合には、
さらに細かい温度制御が可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明による面状発熱体の好
ましい実施の形態を図面及び表を参照して詳細に説明す
る。図１及び図２は、本発明による面状発熱体の基本的
な実施の形態を示すものであり、基材としての絶縁シー
ト１の両面にＰＴＣ特性のキューリー点が異なる自己温
度制御発熱体２、２が配置されている。絶縁シート１
は、例えば、ポリエステル、ポリイミドなどの絶縁性樹
脂シート材料、あるいは、例えば、アルミナ、コージラ
イト、ムライトなどのセラミックスシート材料などであ
ってよく、厚みは、絶縁を保ち熱伝導を妨げない必要が
あり、例えば電気カーペット製品の発熱源として用いる
場合には、上記の条件を満たし、最も薄いシートとし
て、３４μｍのものを用いる。

【００１５】絶縁シート１の両面に配置されるＰＴＣ特
性の自己温度制御型発熱体２、２は、従来知られた方法
により製造されたものでよく、例えば厚み１０μｍ程度
の膜厚となるようにスクリーン印刷、転写印刷あるいは
インクジェット印刷などの手法により、皮膜として絶縁
シート１の両面に焼き付け形成される。さらに、該皮膜
の両端部にはＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉなどからなる電極３が設
けられる。自己温度制御型発熱体２、２は、一例とし
て、材料例としては、第１のポリマーであるポリエチレ
ンと、第１のポリマーとは完全には相溶しない融点また
は熱変形温度が第１のポリマーの融点より高い第２のポ
リマーとしてのポリプロピレンと、導電性粒子としての
カーボンブラックとを混練してなる成形材料を用いて得
ることができる。主として導電性粒子の添加量を調整す
ることにより、例えば、図１４に示すようなキューリー
点（温度）Ｔ（Ｔ₁ 〜Ｔ₄ ）の異なる自己温度制御型発
熱体Ａ〜Ｄが得られる。

【００１６】図３は図１、図２に示す面状発熱体２、２
への電気回路であり、スイッチＳ、Ｓを断続することに
より、面状発熱体２、２への通電が選択的に切り換えら
れる。面状発熱体２、２のキューリー温度Ｔは異なって
おり、スイッチＳ、Ｓの切り替え操作のみで、面状発熱
体の温度を容易に切り換えることができる。すなわち、
表面側の自己温度制御型発熱体２（Ａ）のキューリー点
Ｔ₁ 、裏面側の自己温度制御型発熱体２（Ｂ）のキュー
リー点Ｔ₂ とした場合に、表面側の自己温度制御型発熱
体Ａがキューリー点Ｔ₁ を越えると急激に抵抗が増加す
る特性から一定温度域に保つことができ、また、裏面側
の自己温度制御型発熱体Ｂもキューリー点Ｔ₂ を越える
と急激に抵抗が増加して一定温度域に保持される。従っ
て、回路図からスイッチＳ、Ｓの切り替えによって２段
階の温度が必要に応じて容易に得られることがわかる。

【００１７】図４、図５は本発明による面状発熱体の他
の実施の形態を示しており、図１、図２に示したものと
は、自己温度制御型発熱体２、２がそれぞれ独立的に３
分割されている点で相違している。そして、図６の回路
図に示すように、独立したそれぞれの自己温度制御型発
熱体には個別のスイッチＳａがさらに設けられている。
従って、個々のスイッチの切り替えによって、必要に応
じた面積と２種類の温度が表裏面及び個別面から容易に
得ることができる。

【００１８】図７、図８は本発明による面状発熱体のさ
らに他の実施の形態を示しており、図４、図５に示した
ものとは、表裏面及び個別面に分割された自己温度制御
型発熱体２、２が、必要に応じた異なったキューリー点
からなるよう構成された自己温度制御型発熱体とされ
る。すなわち、図７の例では、表面側の３個の自己温度
制御型発熱体２は、すべてキューリー点Ｔ₁ である自己
温度制御型発熱体Ａであり、裏面側の３個の自己温度制
御型発熱体２は、左右の２個はキューリー点Ｔ₂である
自己温度制御型発熱体Ｂであり、中央のものはキューリ
ー点Ｔ₃ である自己温度制御型発熱体Ｃとされている。
また、図８の例では、表面側の３個の自己温度制御型発
熱体２のうち、１個はキューリー点Ｔ₁ である自己温度
制御型発熱体Ａであり、他の２個はキューリー点Ｔ₂ で
ある自己温度制御型発熱体Ｂであり、裏面側の３個の自
己温度制御型発熱体２のうち、１個はキューリー点Ｔ₂
である自己温度制御型発熱体Ｂであり、他の２個はキュ
ーリー点Ｔ₃ である自己温度制御型発熱体Ｃとされてい
る。このよう必要に応じた面積と３種類の温度が表裏面
及び個別面から容易に得ることができる。

【００１９】図９は本発明による面状発熱体のさらに他
の実施の形態を示しており、上位の絶縁シート１ａの裏
面に同じキューリー点Ｔ₁ である自己温度制御型発熱体
Ａを３分割して独立形成（１層目）し、以下、同じよう
にし、２層、３層を形成して多層化したものである。多
層化された各層（１層、２層、３層・・・）の自己温度
制御型発熱体のキューリー点は異なっており、この例で
は、２層目はキューリー点Ｔ₂ である自己温度制御型発
熱体Ｂとされ、３層目はキューリー点Ｔ₃ である自己温
度制御型発熱体Ｃとされている。そして、最下層には絶
縁シート１ｄが配置される。図１０の回路図に示すよう
に個別のスイッチ（Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ）切り替えによっ
て、必要に応じた面積と各種温度（Ｔ_1.Ｔ_2.Ｔ_3.・・
・）を容易に得ることができる。

【００２０】図１１、図１２は本発明による面状発熱体
のさらに他の実施の形態を示しており、図９に示したも
のとは、各層における独立形成した個々の自己温度制御
型発熱体として、異なったキューリー点のものを用いる
場合の例である。図７、図８に示す実施の形態について
説明したと同様の理由により、多層化された各層及び個
別のスイッチ切り替えによって必要に応じた細かい温度
制御を容易にすることができる。

【００２１】本発明による面状発熱体の使用例として、
例えば、電気カーペット製品に用いる場合に、通常の電
気カーペットでは表面温度は２０℃〜５０℃の範囲が必
要であり、この時の自己温度制御型発熱体２としてはキ
ューリー温度Ｔの異なる４種類の自己温度制御型発熱体
Ａ〜Ｄを用いるものとし、そのキューリー温度Ｔとして
は、Ｔ₁ ：２０℃、Ｔ₂ ：３０℃、Ｔ₃ ：４０℃、
Ｔ₄ ：５０℃とすることが考えられる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明による面状発熱体
は、ＰＴＣ特性のキューリー点が異なる自己温度制御発
熱体を絶縁シートの両面に配置したことにより、大きな
突入電流によって面状発熱体を素早く昇温させることが
可能となり、また、印刷形成などにより薄く面状及びパ
ターン状に絶縁シート面に配置可能であることから、線
ヒーターの場合のような凸凹状の不快感はなく、かつ、
発熱面積を広くとることができ、さらに、発熱体が自己
温度制御型発熱体のため一定温度に容易かつ確実に保持
することができるという、ＰＴＣ特性の自己温度制御発
熱体それ自体が持つ特有の効果に加えて、単純な主動作
（スイッチの切り替え動作）で必要な温度が容易に得ら
れるという固有の効果が得られる。また、本発明の好ま
しい態様においては、自己温度制御型発熱体を多層化及
び個別分割に形成することにより、より一層細かい温度
制御が可能となる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による面状発熱体の一実施の形態を示す
説明用斜視図。

【図２】図１に示す面状発熱体の説明用断面図。

【図３】図１に示す面状発熱体に用いる説明用回路図。

【図４】本発明による面状発熱体の他の実施の形態を示
す説明用斜視図。

【図５】図４に示す面状発熱体の説明用断面図。

【図６】図４に示す面状発熱体に用いる説明用回路図。

【図７】本発明による面状発熱体のさらに他の実施の形
態を示す説明用断面図。

【図８】本発明による面状発熱体のさらに他の実施の形
態を示す説明用断面図。

【図９】本発明による面状発熱体のさらに他の実施の形
態を示す説明用断面図。

【図１０】図９に示す面状発熱体に用いる説明用回路
図。

【図１１】本発明による面状発熱体のさらに他の実施の
形態を示す説明用断面図。

【図１２】本発明による面状発熱体のさらに他の実施の
形態を示す説明用断面図。

【図１３】従来の電気カーペットを説明する斜視図。

【図１４】自己温度制御型発熱体の抵抗−温度特性を示
すグラフ。

【符号の説明】

１…絶縁シート、２…自己温度制御型発熱体（キューリ
ー点Ｔの異なるものをＡ〜Ｄとして示す）、３…電極、
Ｔ（Ｔ₁ 〜Ｔ₄ ）…キューリー点（温度）。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁シートと、その両面に配置したＰＴ
   Ｃ特性のキューリー点が異なる自己温度制御発熱体と、
   該自己温度制御発熱体への通電状態を切り換える手段と
   を設け、それにより、２段階以上の温度制御を行うこと
   を可能とした面状発熱体。
2. 【請求項２】 両面に配置した前記自己温度制御発熱体
   の少なくとも一方は２つ以上に分割されており、かつ、
   該分割された個々の自己温度制御発熱体への通電状態を
   切り換える手段をさらに有していることを特徴とする請
   求項１記載の面状発熱体。
3. 【請求項３】 絶縁シートの片方面に配置される前記分
   割された個々の自己温度制御発熱体は、キューリー点が
   同じ自己温度制御発熱体であることを特徴とする請求項
   ２記載の面状発熱体。
4. 【請求項４】 絶縁シートの片方面に配置される前記分
   割された個々の自己温度制御発熱体は、キューリー点が
   異なる自己温度制御発熱体を含むことを特徴とする請求
   項２記載の面状発熱体。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４いずれか記載の面状発
   熱体を絶縁シートを介して複数層積層したことを特徴と
   する面状発熱体。
6. 【請求項６】 最上面と最下面に絶縁シートをさらに配
   置したことを特徴とする請求項５記載の面状発熱体。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６いずれか記載の面状発
   熱体を加熱源として持つ電気カーペツト。